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  • [화공생물공학기초실험 A+결과레포트] 유기할로젠 화합물 친핵성 치환반응

    목차

    1. Results
    2. Discussion
    3. References

    본문내용

    (1) 반응속도에 미치는 기질 구조 및 이탈기의 영향
    ① 상기 4가지 기질들이 ethanol과 반응하는 반응은 어떤 반응이고, 그 메커니즘은 무엇인가?
    용매로 사용된 ethanol은 극성 양성자성 용매이고, 약친핵체이다. 사용된 기질이 앞 2개의 기질은 1차 알킬할로젠이고, 뒤 2개 기질은 2차 알킬할로젠이다. 극성이 높은 용매이기 때문에 따라서 주로 SN1반응이 일어난다. SN1반응은 할로젠화 알킬과 같은 친전자체를 염기성이 약한 친핵체와 반응시킬 때 탄소 양이온 중간체를 거쳐서 일어나는 치환반응이다.

    ② 상기 4가지 기질들이 I-와 반응하는 반응은 어떤 반응이고, 그 메커니즘은 무엇인가?
    용매로 사용된 acetone은 극성 비양성자성 용매이고, I-는 강친핵체이고, 1차 알킬할로젠과 2차 알킬할로젠이다. 따라서 SN2매커니즘에 따라 일어나는 친핵성 치환반응이 주로 일어난다. SN2 메커니즘은 친핵체가 sp3탄소에 있는 이탈기의 반대쪽에서 공격하여 중간체를 형성하지 않고, 한 단계로 일어나는 반응이다. 반응기질과 친핵체 모두가 속도결정단계에 관여하는 이분자성 반응이다.

    ③ 기질인 1-bromobutane, 2-bromobutane 및 1-bromo-2-methylpropane을 ethanol과 반응시킨 실험결과를 비교하고 고찰하시오.

    출처 : 해피캠퍼스

  • [화공생물공학기초실험 A+결과레포트] 반응열 측정과 Hess의 법칙

    목차

    1. Results
    2. Discussion
    3. References

    본문내용

    결과 분석
    반응 엔탈피의 값은 ∆H_1=∆H_2+∆H_3이어야한다. 실험 결과를 통해 얻은 ∆H_1은 -56934 J/mol, ∆H_2은 -28046J/mol, ∆H_3는 -28,290J로 ∆H_2+∆H_3와 ∆H_1를 비교해보면 598J/mol차이가 발생하였음을 알 수 있다. 실험 결과값들을 비교하였을 때, 반응(1)에 대한 엔탈피에 대하여 1% 정도의 오차율을 보이므로 화학변화가 일어나는 동안에 발생 또는 흡수한 열량은 반응 전의 물질의 종류와 상태 및 반응 후의 물질의 종류와 상태가 결정되면, 반응 경로에는 관계없이 항상 일정하다는 헤스의 법칙이 성립하다는 것을 알 수 있다. 하지만 결과값을 298.15K에서의 표준생성 엔탈피 값을 통해 구한 이론값과 비교하였을 때, 약 2배정도의 차이가 보임을 알 수 있다.

    ④ 오차원인 분석
    이론값과 실험값이 큰 오차를 보이는 이유와 실험값의 반응열이 차이를 보이는 이유를 다음과 같이 생각하였다.

    (1) 환경
    실험을 하는 과정에서 스티로폼과 솜을 이용하여 단열이 되는 환경을 조성하였다. 하지만 플라스크 상단부분이 공기와 맞닿아 있고, NaOH를 넣거나 수용액을 섞는 과정에서 형성된 반응열이 외부로 나가 정확한 엔탈피를 측정하지 못하였을 수 있다. 따라서 실험을 통해 얻는 결과값을 더 정확하게 하기 위해서 열량계를 사용하여 실험을 진행하여야 한다.

    출처 : 해피캠퍼스

  • [화공생물공학기초실험 A+결과레포트] 반응속도에 대한 온도의 영향

    목차

    1. Results
    2. Discussion
    3. References

    본문내용

    Discussion
    반응 차수 판단
    일정한 간격을 두고 시약을 채취하고, NaOH를 넣어 중화되는 양을 구해 시간별 Ethyl acetate 양을 구한 후 반응 차수를 구하기 위해 적분법을 활용한다. 0차 반응은 C_A=C_A0-kt, 1차 반응은 ln⁡ C_A0/C_A =kt, 2차 반응의 경우 1/C_A -1/C_A0 =kt와 같은 식을 변수 분리 및 적분하여 구할 수 있다. 시간별 Ethyl acetate의 값을 시간에 따라 플럿해보면 k값을 구할 수 있다. 30℃, 45℃, 60℃를 0차로 가정했을 때의 R2값은 0.8717, 0.9405, 0.9673이고, 1차로 가정했을 때 R2값은 0.9028, 0.9474, 0.9668이고, 2차로 가정했을 때 R2값은 0.9287, 0.8985, 0.9059을 가진다. 여기서 모든 온도에서 R2값이 1에 가장 가까운 차수이자 직선에 가까운 반응 차수는 1차라고 판단할 수 있다. Ethyl acetate가 가수분해 반응하여 Acetic acid와 Ethanol이 형성되는 반응은 1차 반응이므로 실험을 통해 얻은 값들을 이용하여 가정한 반응 차수가 실제 반응 차수와 동일하다.

    활성화 에너지 값
    <표13>은 온도별로 반응 차수를 가정했을 때 K값을 구한 것이다. 이 반응은 1차 반응이므로 30℃에서 0.0072(M/min), 45℃에서 0.0151(M/min), 60℃에서 0.0264(M/min)이다. 반응속도상수 k는 온도에 크게 의존하며 반응속도상수의 온도의존성을 다음과 Arrhenius 식을 통해 설명할 수 있다.

    출처 : 해피캠퍼스

  • [화공생물공학기초실험 A+결과레포트] 미생물 비성장속도 측정

    목차

    1. Results
    2. Discussion
    3. References

    본문내용

    2. Discussion
    ① Glucose 용액을 따로 Autoclave하여 섞어주는 이유
    peptone, yeast extract, malt extract를 이용해 만든 용액과 Glucose 용액을 각각 autoclave를 돌린 후, YM배지를 제조하는 이유는 갈변현상과 관련있다. 갈변현상은 갈색화 반응(brown reaction) 또는 메일라드 반응(Mailard reaction), 마이야르 반응이라고 불린다. 마이야르 반응은 아미노산의 아미노기와 환원당의 카보닐기가 축합하는 초기·중간·최종 단계를 거쳐 새로운 물질이 만들어지는 현상이다. yeast extract와 malt extract에는 아미노산이 포함되어 있다. 혼합용액과 Glucose용액을 혼합한 후 autoclave를 돌리면, 고온의 상태를 거쳐 Glucose가 변성되고 마이야르 반응이 일어나 새로운 물질이 형성된다. 이렇게 변성된 Glucose는 일부 미생물만이 성장양분으로 사용할 수 있다. 따라서 혼합용액과 Glucose용액을 따로 autoclave를 돌린 후 혼합해야 한다.

    ② 제조한 용액과 Glucose용액을 4:1로 섞었을 때, 플라스크 각각의 Glucose 농도
    Glucose 용액 농도 2.5%, 5%, 7.5%, 10%, 12.5% 농도로 50mL씩 제조한 후 glucose 용액과 혼합 용액을 1:4 비율로 50mL가 되도록 섞었다.

    ③ Glucose의 농도별로 생장곡선을 그린 후, 5개의 생장 곡선의 기울기를 이용하여 비성장속도 구하기

    출처 : 해피캠퍼스

  • [화공생물공학기초실험 A+결과레포트] 니트로화 반응 Methyl-3-nitrobenzoate 제조

    목차

    1. Results
    2. Discussion
    3. References

    본문내용

    1. Results
    FT-IR결과 얻은 결과를 peak값을 표시하였을 때, 얻은 peak 값은 51개이다.

    2. Discussion
    ① 생성물 FT-IR 결과
    생성물을 FR-IR을 이용해 확인한 결과값 중 peak값들을 프로그램을 이용해 표시했을 때, 얻은 peak 값은 51개이다. 그 중 Methyl-3-nitrobenzoate를 구성하는 요소에 해당하는 Wavenubers Range를 찾아 그에 해당되는 값들 중 일부를 찾았다. 생성물의 FT-IR을 분석하면 Methyl-3-nitrobenzoate가 형성되었음을 알 수 있다. 관찰된 peak값 중 위 표에 해당하지 않은 값들이 존재하는데 이는 불순물 등의 이유로 인해 Methyl-3-nitrobenzoate외에 다른 물질이 포함되어 있기 때문에 결과를 확인하였을 때, 다른 여러 peak값이 관찰 되었을 것이다.

    출처 : 해피캠퍼스

  • [화공생물공학기초실험 A+예비레포트] 반응열 측정과 Hess의 법칙

    목차

    1. Introduction
    2. Materials
    3. Methods
    4. References

    본문내용

    고체 수산화나트륨과 염산의 중화반응을 한 단계 및 두 단계로 진행시켜 각 단계의 반응열을 측정하고 Hess의 법칙을 이용하여 확인하며, 반응열과 Hess의 법칙을 이해한다.

    ① 반응열
    1) 반응열: 화학반응이 일어날 때에는 항상 에너지의 출입이 일어나게 된다. 이러한 반응열은 반응의 종류에 따라 생성열, 연소열, 중화열, 용해열 등이 있다. 반응열은 주로 1mol의 물질이 반응할 때 출입하는 에너지, 곧 J/mol이나 kJ/mol 등의 단위를 이용하여 나타내게 된다
    2) 반응열의 측정: 반응열은 외부계와의 에너지 교환이 차단된, 특별하게 제작된 열량계를 이용하여 측정한다.

    ② 반응열의 종류
    1) 연소열: 물질 1몰이 완전히 연소할 떄 발생하는 열량을 연소열이라 한다. 연소열은 어느 것이나 모두 발열 반응이다.
    2) 중화열: 산과 염기가 각각 1g 당량씩 반응하여, 1몰의 물을 생성할 때 발생하는 열량을 중화열이라고 한다. 강산과 강염기의 수용액이 중화할 때는 산이나 염기의 종류에 관계없이 일정한 값을 갖는다. 이것은 중화 반응에서 H+, OH-만이 다음과 같이 반응하기 때문이다.
    3) 생성열: 1몰의 화합물이 그 성분 원소의 홑원소 물질에서 생길 때 발생 또는 흡수하는 열량을 생성열이라 한다.
    4) 분해열: 1몰의 화합물을 그 성분 원소의 홑원소 물질로 분해할 때 발생 또는 흡수하는 반응열을 분해열이라 한다. 분해열은 생성열과 같지만 부호가 반대이다.
    5) 용해열: 물질 1몰이 다량의 물에 녹을 때 발생 또는 흡수하는 열량을 용해열이라 한다. 용해열은 발열인 경우와 흡열인 경우가 있으며 암모늄염, 칼륨염, 나트륨염 등 염의 종류에서는 용해열을 흡수하는 경우가 많다.

    출처 : 해피캠퍼스

  • [화공생물공학기초실험 A+예비레포트] 유산균 음료로부터 미생물 분리 평판 계수법

    목차

    1. Introduction
    2. Materials
    3. Methods
    4. References

    본문내용

    유산균 음료 속의 유산균을 배양하여 유산균을 확인하고, 평판계수법을 이용하여 대략적인 유산균의 수를 측정한다.

    ① 발효
    포괄적 의미로 미생물 등을 이용해 유용한 물질을 얻어내는 과정을 말하며, 좁은 의미로 산소를 사용하지 않고 에너지를 얻는 당 분해과정을 말한다. 미생물에 의해 유기물의 분해가 일어난다는 점에서 부패와 혼동할 수 있으나, 발효는 생성물질이 인간에 유용한 경우를 말하며 부패의 경우는 악취가 나거나 유독 물질이 생성되는 경우를 말한다. 발효는 크게 젖산발효(젖산균), 알코올 발효(효모), 초산발효(아세트산)로 나눌 수 있다.

    ② 미생물
    미생물이란 현미경을 통해서만 관찰할 수 있는 작은 생물들로서 세포구조가 간단한 하등생물들을 지정한다. 또한 이들을 대상으로 연구하는 학문을 미생물학이라 한다. 일부 인류에게 병을 일으키는 병원성인 것들로 인하여 미생물은 인간에서 병을 일으키는 해로운 생물로 인식되지만 실제로 해가 되는 것은 그리 많지 않다. 오히려 지구 생태계를 유지하는데 분해자로서 꼭 필요한 존재할 뿐 아니라 식품과 의약품 제조 및 환경전화 등 인류에게 유익하게 이용되고 있다.

    ③ 미생물 생장곡선
    1) Lag Phase (유도기)
    처음 배양액에 접종하고 난 후 적응시기이다. 세포 수 증가는 없다. 새로운 구성성분의 합성과 신규 영양물질 사용에 필요한 효소를 합성한다. 새로운 배지에 접종된 세포는 나이가 들었으므로 ATP나 리보솜을 이용해 필수 보조인자 등을 합성한다. 냉장 보관 후나 오래된 배지에서 배양할 경우, 배지 화학조성이 바뀔 경우 배양 시간이 길어진다.
    2) Log Phase (대수기)
    최고 속도로 성장 분열한다. 세포의 화학적, 생리적 특징이 균일한데, 이를 평형생장(균형생장)이라 한다. 세포 구성성분이 상대적으로 일정한 비율로 합성된다. 영양 물질 농도에 따라 성장속도가 증가하며, 각각의 세포가 동시에 분열하는 것이 아니므로 부드러운 곡선을 그리며 성장한다.

    출처 : 해피캠퍼스

  • [화공생물공학기초실험 A+예비레포트] 유기할로젠 화합물 친핵성 치환반응

    목차

    1. Introduction
    2. Materials
    3. Methods
    4. References

    본문내용

    1. Introduction
    본 실험에서는 주어진 여러 가지 구조의 유기 할로젠 화합물에 대하여 친핵성 치환반응인 SN1 반응과 SN2 반응의 반응속도를 측정하고 상대 비교하여 기질 구조, 친핵체 농도 및 용매가 친핵성 치환반응의 반응속도에 미치는 영향을 조사하고 그 결과를 고찰함으로써 관련 이론을 체득하도록 한다.

    ① 치환반응
    치환반응은 원자나 원자단이 다른 원자나 원자단에 의해 치환되는 반응이다. 일반적으로 치환반응은 기질을 공격하는 시약에 따라 3가지로 분류되는데, 시약이 친핵체(음이온성)인 경우, 친핵성 치환반응(nucleophilic substitution, SN), 친전자체(양이온성)인 경우 친전자성 치환반응(electrophilic substitution, SE), 라디칼인 경우 라디칼 치환반응(radical substitution)이라 한다. 친핵성 치환반응의 대표적 예로는 유기할로젠 화합물의 치환반응과 에스테르의 알칼리 가수분해반응(비누화 반응) 등을 들 수 있다.

    ② 친핵성 치환반응
    친핵성 치환반응은 반응 메커니즘에 따라 SN1과 SN2 두 가지 반응으로 분류된다. SN1 반응에서 1의 의미는 두 단계 중 첫 단계인 속도결정단계에 한 종류의 분자, 즉 기질만이 관여한다는 것이고, SN2 반응에서 2의 의미는 속도결정단계에 두 종류의 분자, 즉 기질과 친핵체가 관여한다는 것이다. SN1 반응은 첫 단계에서 탄소양이온(carbonation)이 반응중간체로 형성되며, 반응속도 크기는 3차, 2차, 1차 순이고, SN2 반응은 한 단계 반응으로 구조효과 때문에 반응속도 크기는 1차, 2차, 3차 기질 순이다.

    출처 : 해피캠퍼스

  • [화공생물공학기초실험 A+예비레포트] 반응속도에 대한 온도의 영향

    목차

    1. Introduction
    2. Materials
    3. Methods
    4. References

    본문내용

    1. Introduction
    반응속도 상수에 미치는 온도의 영향을 분석하고, 이에 관련된 Arrehenius 식을 이해한다. 이를 통해 반응의 활성화 에너지를 구하고 그 의미를 살펴본다.
    ① 아레니우스 식 및 활성화 에너지 계산
    반응속도 상수 k는 온도에 크게 의존하며, 기상반응에서는 전압의 함수가 될 수 있으며, 액상반응에서는 이온강도나 용매의 종류 등 다른 변수들의 함수가 될 수 있다. 그러나 다른 변수들의 영향은 온도의 영향보다 훨씬 작으므로, 온도만의 함수로 근사하여 사용하여도 잘 맞는다. 스웨덴의 화학자 Arrhenius가 반응속도 상수의 온도의존성을 다음과 같이 본인의 이름을 따서 아레니우스(Arrhenius)식을 제안하였고, 현재 반응속도에 상수에 따른 온도 의존성을 설명할 때 가장 많이 활용된다.

    서로 다른 여러 온도에서 반응을 수행하여, 반응속도상수를 구하고, 그 결과를 ln⁡ 대 (1/T)로 도시하고, 그 기울기가 -E/R이고 기체상수를 기울기 값에 곱해서 활성화에너지를 구할 수 있다.
    이와 같은 방법으로 활성화에너지를 구하기 위해서는 온도를 고정하고 온도에 따른 반응속도 상수를 구해야 한다.

    ② 온도에 따른 반응속도 상수 측정
    회분기 반응기는 균일반응에 대한 속도식 파라미터를 결정하기 위하여 사용되며, 주로, 농도를 시간에 따라 측정한 후 미분법, 적분법, 또는 최소자승법 등을 사용하여 반응차수 α와 반응속도상수 k를 구한다. 본 실험에서는 적분법을 활용하여 반응속도 상수를 측정한다. 적분법의 측정 방법은 아래와 같다.

    출처 : 해피캠퍼스

  • [화공생물공학기초실험 A+예비레포트] 미생물 비성장속도 측정

    목차

    1. Introduction
    2. Materials
    3. Methods
    4. References

    본문내용

    1. Introduction
    광전비색계에 의한 비탁법을 사용하여 액체배양을 하는 동안 미생물의 균체의 양을 측정하는 방법을 터득한다. 또한 흡광도(Optical Density, O.D.)를 이용하여 기질의 농도를 계산하고, Monod 식을 적용하여 비성장속도를 구한다.

    ① Lambert-Beer의 법칙
    Lambert-Beer의 법칙에 의하면, 어떤 균체 배양액의 흡광도(O.D.)는 배양액 중의 균체의 농도에 비례한다. 이것을 이용하여 균체를 접종하기 전의 O.D.를 0으로 조절하고, 액체 배지 중에서 균체를 성장시키면서 경시적으로 O.D.를 구한다. 가로에는 균체 수 또는 균체의 양을, 세로에는 O.D.를 그래프 용지에 작성한다. 이 그래프는 일반적으로 O.D.가 0.2-0.8 범위 내에서 균체의 양과 직선관계가 있으므로, 희석법을 겸용하여 이 측정범위에서 O.D.를 측정하면 이 그래프로부터 배양액 중에 있는 균체의 수 또는 균체의 양을 구할 수 있다.

    ② Monod식
    모노드 식은 log phase에서 미생물의 성장을 설명하는 수학적 모형으로, 액체 배지 속에서 제한된 영양분의 농도와 미생물의 성장 사이의 관계를 표현한다. 배지의 부피가 일정하며 기질은 생성물을 만드는 데 사용되지 않고 균체의 생성에만 관여한다고 가정할 때, 기질의 양을 부피로 나누면 기질의 농도(s)를 구할 수 있다. 모노드 식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    출처 : 해피캠퍼스